工业机器人高精度减速器扭矩测量

　　扭矩测试是提高工业机器人核心部件——高精度减速器产品质量的关键。本文设计了一种新型立式测量仪的扭矩测量系统，最小化扭矩传感器到机器人减速器之间的距离，保证最短的测量链，对称的系统结构提高了整体刚度，且易于进行误差补偿。分析了轴弯曲和扭转变形导致的扭矩测量误差特点。采用由两个高精度扭矩输出系统组成的扭矩校准仪对测量系统中的扭矩传感器进行校准。基于反向传播神经网络建立了合理实用的补偿模型，以准确获得减速器的输入和输出扭矩。由于减速器检测仪的扭矩测量精度在整个扭矩范围内达到0.1%，因此该仪器可用于机器人减速器输入和输出扭矩的精确测量。

　　简介

　　目前，工业机器人广泛应用于众多领域，机器人对减速器的性能要求也日趋复杂，因此精密减速器的综合性能检测对机器人的发展有着至关重要的影响。许多专家学者对减速器内部零部件减速器的制造误差做了大量工作，许多专家学者在精密减速器的性能检测方面取得了一定的进展。减速器的性能参数一般包括扭转刚度、传动误差、侧隙、空转、传动效率等。这些主要参数定义中的主要变量包括扭矩，而扭矩具有时间相关性，因此需要实时测量被测减速器输入轴和输出轴的扭矩。

　　测量模块中包括扭矩传感器，用于测量减速器的输入和输出扭矩。根据测试功能选择驱动和负载系统作为仪器的组成部分。在布局方面，卧式是主流设计。传感器、驱动装置和其他连接部件由悬臂支撑，串联固定在导轨或水平底座上。是机器人减速器检测仪的常用布局之一。它可用于多参数的长时间监测。

　　减速器测试仪器的常用布局之一

　　上述仪器，为了方便多种类型减速器的安装和拆卸，须在导轨上安装零部件。这种设计方案严重损害了仪器的整体扭转刚度。此外，轴的弯曲和扭转变形引起的附加扭矩也包含在测量结果中。零部件变形引起的不均匀摩擦力和不对中误差会导致扭矩波动。上述问题不可避免地会干扰扭矩的测量 。

　　本文的贡献在于提出了一种基于反向传播(BP)神经网络的扭矩测量方法，应用于立式精密机器人减速器检测仪，克服了现有方案的一些不足，实现了全量程的高精度扭矩测量。

　　扭矩测量系统概述

　　为了测量减速器的输入、输出扭矩，基于新型立式精密机器人减速器检测仪，设计了输入侧、输出侧扭矩测量系统。该仪器由两个扭矩测量模块组成：减速器输入侧扭矩测量模块(TMMISR)和减速器输出侧扭矩测量模块(TMMOSR)。每个模块均由一个电机、一个扭矩传感器、一个测试模式转换部件及相关连接件组成。图2中红色部分为被测组件(TA)，机器人减速器安装在TA内部，TA用于实现不同类型减速器的快速安装，与立式精密机器人减速器检测仪的连接采用统一的标准结构。